高效制取蒸汽的换热装置及蒸汽热泵系统的制作方法

本发明涉及一种蒸汽热泵，尤其涉及的是一种换热装置。

背景技术：

1、传统蒸汽发生装置主要为锅炉设备，在工业上广泛应用。

2、目前，热泵领域中采用单一的换热器产生蒸汽，且基本都是采用热媒侧相变，而水非相变(仅升高温度)的方式设计，外部再增设减压加闪蒸罐的方式产生蒸汽。如cn203771801u，一种针对印染厂的制取蒸汽的余热回收系统。

3、上述方式存在的问题是：(1)热媒侧相变冷凝产热功率较大时，此时水侧若仍采用非相变换热的方式，为保证足够的冷却，需要足够的水流量来保证充分换热，否则会造成整个系统效率变低；也就是，产热功率大时，需要提供更多的循环水来带走这部分热量，否则会造成换热温差变大，热泵主机的效率会降低甚至故障停机，同时提供更多的循环水意味着需要提供更大功率的循环泵，从而系统投入的电功耗增加，进而造成系统效率降低。(2)热媒侧相变冷凝产热功率较大时，此时水侧若仍采用非相变换热的方式，冷媒侧需要提供足够的系统压力来保证水汽化压力低于系统压力而不会发生汽化。此处可以和饱和蒸汽压相结合理解，如正常海平面大气压约为0.1mpa(绝压)，此时水沸点温度(饱和蒸汽压)是100℃，但是如果在海拔很高的地方如青藏等地，此时大气压约在0.085mpa(绝压)，此时水沸点温度是95℃，即水这个气压下，水温95℃就开始沸腾，但通过高压锅加压的方式，就可以将水的沸点温度提高至100℃甚至更高。所以若想要保证水系统循环水不发生相变，就必须提供大于循环水系统中温度最高点对应的饱和蒸汽压力，否则就会在循环水系统中产生汽化。(3)采用减压闪蒸的方式会造成因减压而造成蒸汽温度有所下降，相同的热媒侧工况下，出口的蒸汽品质更低。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息已构成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决目前水侧采用非相变的方式导致整个系统效率降低的问题。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、高效制取蒸汽的换热装置，包括串联的预热板换热器和蒸汽发生板换热器，水与制冷剂以逆向的方式依次流过预热板换热器和蒸汽发生板换热器；

4、在预热板换热器中，中温液态水由预热板换热器的入口端进入，经过预热板换热器吸热升温形成低含汽率高温两相态水；低含汽率高温两相态制冷剂经过预热板式换热器换热成中温液态制冷剂；

5、在蒸汽发生板换热器内，低含汽率高温两相态水由蒸汽发生板换热器的入口端进入，经过蒸汽发生板换热器吸热形成高含汽率高温两相态水或饱和蒸汽或过热蒸汽；高温过热气态制冷剂经过蒸汽发生板换热器换热形成低含汽率高温两相态制冷剂。

6、本发明中不管是水侧还是制冷剂侧均实现了相变的过程，水由液态相变为气态，制冷剂由气态相变为液态；通过两侧均实现相变的方式，能够降低循环水量，提高系统能效；且本发明通过将预热板换热器与蒸汽发生板换热器两侧的介质设置成逆流的方式，可以提高整体的换热效率。

7、优选的，所述预热板换热器位于蒸汽发生板换热器的下方，中温液态水依次由预热板换热器的底部进入、预热板换热器的顶部流出、蒸汽发生板换热器的底部进入、蒸汽发生板换热器的顶部流出；高温过热气态制冷剂依次由蒸汽发生板换热器的顶部流入、蒸汽发生板换热器的底部流出、预热板换热器的顶部流入、预热板换热器的底部流出。

8、优选的，所述预热板换热器的入口端前连接调节阀或变频器，通过调节中温液态水的流量实现蒸汽发生板换热器的出口端形成高含汽率高温两相态水或饱和蒸汽或过热蒸汽。

9、本发明通过在增加调节阀或者变频器调节水量，继而调整进入到预热板换热器1和蒸汽发生板换热器的水流量，以便实现出口的蒸汽干度。

10、优选的，还包括分配器，所述分配器连接在所述蒸汽发生板换热器的水侧入口端。

11、分配器的使用可以保证进入到蒸汽发生板换热器每个板片间的汽水混合物被均匀分配，提高换热的均匀性。

12、优选的，中温液态水温度是低于当前中温液态水水压对应的饱和蒸汽温度，经过预热板换热器吸收来自制冷剂侧的低含汽率高温两相态制冷剂使得中温液态水升温并达到饱和蒸汽压。

13、优选的，中温液态水的水温范围为100-120℃，经过预热板换热器换热后形成120℃的低含汽率高温两相态水，经过蒸汽发生板换热器换热后形成120-125℃的高含汽率高温两相态水或饱和蒸汽或过热蒸汽；高温过热气态制冷剂的温度范围是130-135℃，经过蒸汽发生板换热器换热形成125℃低含汽率高温两相态制冷剂，经过预热板换热器后形成110-120℃的高温两相态制冷剂。

14、优选的，低含汽率高温两相态水的干度为0.1，高含汽率高温两相态水的干度为0.4-1.0；高温过热气态制冷剂的干度为0.1，低含汽率高温两相态制冷剂的干度为0.1。

15、本发明还公开蒸汽热泵系统，包括高效制取蒸汽的换热装置、压缩机、水泵，所述压缩机出口端与所述蒸汽发生板换热器的制冷剂入口端连接，所述水泵与所述预热板换热器的中温液态水入口端连接，压缩机将制冷剂输送至蒸汽发生板换热器进行换热，水泵将中温液态水泵入预热板换热器。

16、优选的，还包括汽水分离器，所述汽水分离器连接所述蒸汽发生板换热器的蒸汽出口端，中温液态水依次经过预热板换热器和蒸汽发生板换热器后形成的高含汽率高温两相态水或饱和蒸汽或过热蒸汽进入汽水分离器进行分离形成蒸汽和分离水，蒸汽进入到工艺前端使用，分离水连接水泵前端与中温液态水混合后继续泵入预热板换热器，以此往复。

17、优选的，还包括外部换热器，所述外部换热器的出口端连接所述水泵的入口端，高含汽率高温两相态水或饱和蒸汽或过热蒸汽进入外部换热器加热介质后的液化水与中温液态水混合后继续泵入预热板换热器，以此往复。

18、本发明的优点在于：

19、(1)本发明中不管是水侧还是制冷剂侧均实现了相变的过程，水由液态相变为气态，制冷剂由气态相变为液态；通过两侧均实现相变的方式，能够降低循环水量，提高系统能效；且本发明通过将预热板换热器与蒸汽发生板换热器两侧的介质设置成逆流的方式，可以提高整体的换热效率。

20、(2)分配器的使用可以保证进入到蒸汽发生板换热器每个板片间的汽水混合物被均匀分配，提高换热的均匀性；

21、(3)本发明通过在增加调节阀或者变频器调节水量，继而调整进入到预热板换热器1和蒸汽发生板换热器的水流量，以便实现出口的蒸汽干度；

22、(4)采用板式换热器换热效率更高，体积更小；

23、(5)本发明可以应用在酿酒、工业等多种场合，应用范围广；且本发明不管应用在什么场合都可以将应用后的分离水或液化水回收利用，实现节能的效果。

24、(6)由于本发明中水侧采用相变换热的方式，冷媒侧不需要提供足够的系统压力来保证水汽化压力低于系统压力，比传统方式节约投入成本；且无需采用减压闪蒸的方式，蒸汽产生后直接投入使用，工序简单，相同的热媒侧工况下，本发明的出口的蒸汽品质更高。